實(shí)際上使用MOSFET,直接在市場上挑選所需要的就行了。我們可以把MOSFET選型分成六個步驟。并且,以Cree旗下公司W(wǎng)olfspeed于近期宣布推出新型15-mΩ和60-mΩ 650V碳化硅 MOSFET為例。
第一步:選用N溝道還是P溝道?
當(dāng)一個MOSFET接地,而負(fù)載連接到干線電壓上時,該MOSFET就構(gòu)成了低壓側(cè)開關(guān),應(yīng)采用N溝道MOSFET。
當(dāng)MOSFET連接到總線,而負(fù)載接地時,該MOSFET就構(gòu)成了高壓側(cè)開關(guān),通常采用P溝道MOSFET。
第二步:確定額定電壓
確定所需的額定電壓,或者說器件所能承受的最大電壓。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),額定電壓應(yīng)當(dāng)大于干線電壓或總線電壓。
額定電壓越大,器件的成本就越高;
額定電壓會隨溫度而變化,必須保證整個工作溫度范圍不會失效;
需要考慮的其他安全因素包括由開關(guān)電子設(shè)備(如電機(jī)或變壓器)誘發(fā)的電壓瞬變;
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不同應(yīng)用的額定電壓也有所不同:便攜式設(shè)備為20V,F(xiàn)PGA電源為20~30V、85~220V,AC應(yīng)用為450~600V。
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第三步:確定額定電流
與電壓的情況相似,設(shè)計人員必須確保所選的MOSFET能承受這個額定電流,即使在系統(tǒng)產(chǎn)生尖峰電流時。兩個考慮的電流情況是連續(xù)模式和脈沖尖峰。在連續(xù)導(dǎo)通模式下,MOSFET處于穩(wěn)態(tài),此時電流連續(xù)通過器件。脈沖尖峰是指有大量電涌(或尖峰電流)流過器件。一旦確定了這些條件下的最大電流,只需直接選擇能承受這個最大電流的器件便可。
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第四步,計算損耗
MOSFET在“導(dǎo)通”時就像一個可變電阻,由器件的RDS(ON)所確定,并隨溫度而顯著變化。對MOSFET施加的電壓VGS越高,RDS(ON)就會越??;反之RDS(ON)就會越高。對系統(tǒng)設(shè)計人員來說,這就是取決于系統(tǒng)電壓而需要折中權(quán)衡的地方。對便攜式設(shè)計來說,采用較低的電壓比較容易(較為普遍),而對于工業(yè)設(shè)計,可采用較高的電壓。注意RDS(ON)電阻會隨著電流輕微上升。關(guān)于RDS(ON)電阻的各種電氣參數(shù)變化可在制造商提供的技術(shù)資料表中查到。
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第五步:確定熱要求
設(shè)計人員必須考慮兩種不同的情況,即最壞情況和真實(shí)情況。建議采用針對最壞情況的計算結(jié)果,因?yàn)檫@個結(jié)果提供更大的安全余量,能確保系統(tǒng)不會失效。
器件的結(jié)溫等于最大環(huán)境溫度加上熱阻與功率耗散的乘積(結(jié)溫=最大環(huán)境溫度+[熱阻×功率耗散])。根據(jù)這個方程可解出系統(tǒng)的最大功率耗散,即按定義相等于I2×RDS(ON)。由于設(shè)計人員已確定將要通過器件的最大電流,因此可以計算出不同溫度下的RDS(ON)。值得注意的是,在處理簡單熱模型時,設(shè)計人員還必須考慮半導(dǎo)體結(jié)/器件外殼及外殼/環(huán)境的熱容量;即要求印刷電路板和封裝不會立即升溫。
一個常見的特殊情況是雪崩擊穿——反向電壓超過最大值,并形成強(qiáng)電場使器件內(nèi)電流增加。該電流將耗散功率,使器件的溫度升高,而且有可能損壞器件。
第六步:決定開關(guān)性能
影響開關(guān)性能的參數(shù)有很多,但最重要的是柵極/漏極、柵極/源極、漏極/源極電容。這些電容會在器件中產(chǎn)生開關(guān)損耗,因?yàn)樵诿看伍_關(guān)時都要對它們充電。MOSFET的開關(guān)速度因此被降低,器件效率也下降。為計算開關(guān)過程中器件的總損耗,設(shè)計人員必須計算開通過程中的損耗(Eon)和關(guān)閉過程中的損耗(Eoff)。MOSFET開關(guān)的總功率可用如下方程表達(dá):Psw=(Eon+Eoff)×開關(guān)頻率。
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